Qt3D模块初探
0.前言
Qt3D 是由诺基亚发起，后由 Digia 和 KDAB 完善（新版貌似基本都是 KDAB 做的），基于 OpenGL 的三维图像展示和处理模块。可惜的是， Qt3D 的资料比较少，而且随着版本更迭，很多网上老的 Demo 也不能跑了。
除了 QtCreator 中的示例，这里推荐几个 Qt3D 的 github 项目，可以参照学习：
https://github.com/MidoriYakumo/learnopengl-qt3d
https://github.com/jaredtao/Qt3D-learn
https://github.com/KDAB/qt3d-examples
此外，可以看下 Qt3D 概述：https://doc.qt.io/qt-5/qt3d-overview.html
因为我也刚玩，所以很多东西还不了解，慢慢学。文本代码链接：https://github.com/gongjianbo/HelloQt3D
1.在QtQuick中使用Qt3D
使用前，先把会用到的Qt3D模块加到pro文件中：
QT += qml quick
QT += 3dcore 3drender 3dinput 3dlogic 3dextras 3dquick 3danimation
要创建一个3D场景嵌入到QtQuick中，需要一个Scene3D对象。在Scene中，我们通过Entity来定义我们的3D对象。多个Entity的组织结构就类似对象树，Scene3D需要一个根Entity来定义一些基本的行为，一个简单的空窗口示例如下：
import QtQuick 2.15
import QtQuick.Scene3D 2.15
import Qt3D.Core 2.15
import Qt3D.Render 2.15
Item{
//创建3d场景嵌入到QtQuick
Scene3D {
id: scene3d
anchors.fill: parent
anchors.margins: 20
//实体Entity是一个Node子类，可以聚合几个Component3D实例来指定其行为
//根实体
Entity {
//RenderSettings组件必须为场景根实体的组件。
//它指定渲染策略和选择设置，并托管活动的FrameGraph
RenderSettings {
//相当于glClearColor
activeFrameGraph: ClearBuffers {
buffers: ClearBuffers.ColorBuffer
clearColor: Qt.rgba(0.0,0.5,0.0,1.0)
RenderSurfaceSelector {
// Default render output: window surface
}
}
}
}
}
Text {
anchors.centerIn: parent
text: "First Window"
}
}
Qt3D为我们提供了一些基本的Mesh、Material组件，对于简单的应用，我们可以直接拼接这些基本形状（我本一些基本的信息都写在了代码注释上）：
import QtQuick.Scene3D 2.15
import Qt3D.Core 2.15
import Qt3D.Render 2.15
import Qt3D.Input 2.15
import Qt3D.Extras 2.15
import Qt3D.Logic 2.15
//创建3d场景嵌入到QtQuick
Scene3D {
//自动宽高比
cameraAspectRatioMode: Scene3D.AutomaticAspectRatio
aspects: ["logic", "input"]
//实体Entity是一个Node子类，可以聚合几个Component3D实例来指定其行为
//根实体
Entity {
id: root
//相机
Camera {
id: camera
//透视投影
projectionType: CameraLens.PerspectiveProjection
fieldOfView: 45
nearPlane: 0.1
farPlane: 1000.0
position: Qt.vector3d(0.0, 0.0, 10.0)
upVector: Qt.vector3d(0.0, 1.0, 0.0)
viewCenter: Qt.vector3d(0.0, 0.0, 0.0)
}
//用于控制相机
OrbitCameraController {
// 鼠标左键按下，沿x轴或y轴拖动时，移动相机位置
// 鼠标右键按下，沿x轴或y轴拖动时，控制相机偏转
camera: camera
}
//RenderSettings组件必须为场景根实体的组件。
//它指定渲染策略和选择设置，并托管活动的FrameGraph
RenderSettings {
//正向渲染。逐个光源计算的一种渲染方式。
activeFrameGraph: ForwardRenderer {
camera: camera
clearColor: Qt.rgba(0.0, 0.3, 0.0, 1.0)
}
}
//InputSettings组件必须为场景根实体的组件。
//它存储一个指向对象的指针，该对象充当各种输入类要处理的输入事件的源。
InputSettings{
}
//物体Node
Entity {
PhongMaterial {
id: material
//环境光
ambient: "gray"
//漫反射光
diffuse: "orange"
//镜面高光
specular: "yellow"
//高光半径
shininess:32
}
/*CuboidMesh {
id: cube
}
Transform {
id: trans
matrix: {
let m = Qt.matrix4x4();
//旋转下角度，默认正视的看不出效果
m.rotate(45, Qt.vector3d(1, 1, 0))
return m;
}
}
components: [material, cube, trans]*/
Entity{
id: sub1
CuboidMesh {
id: cube1
xExtent: 2
zExtent: 2
}
Transform {
id: trans1
matrix: {
let m = Qt.matrix4x4();
//矩形旋转下角度，默认正视的看不出效果
m.rotate(45, Qt.vector3d(1, 1, 0))
return m;
}
}
components: [cube1, trans1,material]
}
Entity{
id:sub2
SphereMesh {
id: ball2
//半径默认为1
radius: 1
//网格环数
rings: 2
//网格切片数
slices: 10
}
Transform {
id: trans2
matrix: {
let m = Qt.matrix4x4();
//和另一个mesh错开位置
m.translate(Qt.vector3d(3, 0, 0))
return m;
}
}
components: [ball2, trans2,material]
}
}
}
}
2.画一个三角
没有三角的3D学习是不完整的，要画三角，需要给Entity添加GeometryRenderer几何渲染对象和Material材质对象。顶点信息在Geometry中，而着色器在Matrial中：
import QtQuick 2.15
import QtQuick.Scene3D 2.15
import Qt3D.Core 2.15
import Qt3D.Render 2.15
import Qt3D.Extras 2.15
//Qt3D QML的文档不怎么详细，有些可以参见CPP版本的
//创建3d场景嵌入到QtQuick
Scene3D{
id:scene
anchors.fill: parent
//根实体Entity
Entity {
//RenderSettings组件必须为场景根实体的组件。
//它指定渲染策略和选择设置，并托管活动的FrameGraph
RenderSettings {
id: renderSettings
//保存当前活动的FrameGraph
//Qt 3D渲染方面允许渲染算法完全由数据驱动。
//该控制的数据结构被称为framegraph
activeFrameGraph: ClearBuffers {
//为什么ColorBuffer渲染不出来三角？
buffers: ClearBuffers.ColorDepthBuffer
clearColor: Qt.rgba(0.0,0.5,0.0,1.0)
//可以用来选择Qt3D渲染内容的表面。
//该表面可以是窗口表面或屏幕外表面。
RenderSurfaceSelector {
//与可以在RenderPass上设置的每个材质状态相反，
//在RenderStateSet上设置的状态是全局设置的
RenderStateSet {
renderStates: DepthTest {
//如果片段深度小于z缓冲区值，则通过深度测试
depthFunction: DepthTest.Less
}
}
}
}
}
//三角实体Entity
Entity{
//几何渲染器
GeometryRenderer {
id: geometry
//几何体
//Geometry类型用于将Attribute对象列表分组在一起，
//以形成Qt3D能够使用GeometryRenderer渲染的几何形状。
geometry: Geometry {
//属性Attribute，对应Shader中的attribute
Attribute {
id: position
attributeType: Attribute.VertexAttribute
vertexBaseType: Attribute.Float
vertexSize: 3
count: 3
name: "position"
buffer: Buffer {
type: Buffer.VertexBuffer
usage: Buffer.StaticDraw
accessType: Buffer.Write
data: new Float32Array(
[
-0.5, -0.5, 0.0,
0.5, -0.5, 0.0,
0.0, 0.5, 0.0,
])
}
}
}
}//end GeometryRenderer
//材质定义如何渲染Entity
Material {
id: material
effect: Effect {
//一个渲染方法Technique指定一组RenderPass对象，FilterKey对象，Parameter对象和GraphicsApiFilter，
//它们共同定义了给定图形API可以渲染的渲染技术。
techniques: Technique {
//指定使用的图形API过滤器
//profile 默认为 NoProfile。 Core模式时，设置为CoreProfile。精简。
graphicsApiFilter.profile: GraphicsInfo.profile === GraphicsInfo.CoreProfile ?
GraphicsApiFilter.CoreProfile : GraphicsApiFilter.NoProfile
//指定tehcnique使用的渲染通道
renderPasses: RenderPass {
//着色器
shaderProgram: ShaderProgram {
//GLSL可以用字符串或者文件
vertexShaderCode: vertStr
//vertexShaderCode: loadSource('qrc:/triangle1.vert')
fragmentShaderCode: fragStr
//fragmentShaderCode: loadSource('qrc:/triangle1.frag')
}
}
}
}
}//end Material
components: [geometry, material]
}
}
property string vertStr: '
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 position;
void main()
{
gl_Position = vec4(position, 1.0f);
}
'
property string fragStr: '
#version 330 core
out vec4 color;
void main()
{
color = vec4(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
}
'
}